JPH0267909A - 肉厚測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はクラッド管等の肉厚を超音波と渦電流とを併用
して測定する肉厚測定装置に関する。

〔従来の技術〕

クラッド管は母材の外周又は内周にクラッド材を冶金的
に接合せしめた積層構造を有しており、用途に応じたク
ラッド材を選択することにより材料強度を維持出来、特
殊雰囲気下での耐酸性等に優れ、しかも管材コストの低
減を図り得るものとして広く使用されている。このよう
なりう・ノド材の厚さはクラッド管の性能、寿命を保証
するうえで極めて重要な管理項目であり、従来より肉厚
測定のための装置、例えば超音波のみを利用する装置、
或いは超音波と渦電流とを組合せ使用する装置等が提案
されている（特開昭５９−５４９０２号）。

しかし、超音波のみを用いる装置では母材とクラッド材
との境界面からの反射波を検出する必要があるが、母材
とクラッド材との音古インピーダンスが近似した値とな
っている場合には測定自体極めて困難であるという欠点
があった。

一方、超音波と渦電流とを組合せ利用する装置はクラッ
ド管の母材とクラッド材との全肉厚を測定する超音波肉
厚測定系と、クラ・ノド材の肉厚を測定する渦電流肉厚
測定系とを備えており、クラッド管表面に定めた測定点
に夫々測定へ・ノド部を接触させて、全肉厚、クラッド
材肉厚を測定する構成となっている。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、このような従来装置では、測定ヘッド部を測
定点に接触させて逐次測定を行う接触代となっているた
め、例えばクラッド管等についてその長手方向各部にお
いてクラッド材の肉厚分布を知る場合の如く測定回数が
多くなると測定作業が極めて煩わしく、連続測定が困難
である。また、非接触でクラッド管の肉厚を連続測定す
る場合、通常超音波肉厚測定系の測定ヘッド部と、渦電
流肉厚測定系の測定ヘッド部とを所要の間隔をおいて並
置し、クラッド管をスパイラル状に移動させながら測定
するため、両測定ヘッド部による測定値を位置同期させ
る手段が必要となり、装置が複雑となる。更に、クラッ
ド管の移動時にスリップが生じると両側定値の位置同期
が不正確となり十分な測定精度が得られないという問題
があった。

本発明は斯かる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは母材とクラッド材との音響インピー
ダンスが近似している場合においても、超音波特性と電
磁気的特性の差異を利用して効果的に、しかも正確に連
続的な肉厚測定を行い得る肉厚測定装置を提供するにあ
る。

〔課題を解決するための手段］ 本発明に係る肉厚測定装置にあっては、被測定点表面に
向は噴射される水流を通じて被測定点との間でその伝播
方向が被測定点表面と直交する向きの超音波を送受信す
るプローブと、水流に対して同心状に配設され、超音波
の伝播方向と同じ向きに磁界を形成するコイルとを備え
る。

〔作用］ 本発明装置にあっては、これによってクラッド材の同一
被測定点における超音波肉厚測定系の測定値と渦電流肉
厚測定系の測定値とを同時に得られることとなる。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。

第１図は本発明装置の模式図であり、図中Ｐはクラッド
管、１は測定ヘッド部を示している。

クラッド管Ｐは、例えば炭素鋼製の母材Ｐｔの外周にス
テンレス鋼製のクラッド材Ｐ２を冶金接合せしめである
。測定ヘッド部１は水室２ａを備えたハウジング２に青
金肉厚を測定するためのプローブである超音波用発受信
器３、クラッド材肉厚を測定するための電磁誘導用の第
１のコイル４、超音波の伝播媒質である水の温度補正を
行なうための電磁誘導用の第２のコイル５とを備えてお
り、測定対象物であるクラッド管２表面と所定の間隔を
隔ててこれと対向して配置され、クラッド管Ｐをスパイ
ラル状に移動させつつ測定を連続的に行なうようになっ
ている。

ハウジング２はその内部中央に上、下方向に長い水室２
ａを備えており、氷室２ａの側部には２本の給水管２ｂ
が連結され、また水室２ａの下端にはクラッド管Ｐに面
して開口するノズル２ｃを形成しである。発受信器３は
水室２ａの上部壁に、超音波の伝播方向がノズル２Ｃの
中心を通してクラッド管Ｐの表面と直交するよう配設さ
れ、また第１のコイル４はノズル２ｃの外周にこれと同
心に、更に第２のコイル５は第１のコイル４に近い下方
の給水管２ｂの外周に、これと同心状に夫々配設されて
おり、前記プローブ３には超音波肉厚測定系Ａが、また
第１．第２コイル４．５には渦電流肉厚測定系Ｂが夫々
接続せしめられている。

（超音波肉厚測定系Ａ） クロック回路１１から発せられたクロックパルスがゲー
ト回路１２に入力されるとゲート回路１２は切替手段を
構成するフリップフコツブ回路３１から入力される信号
に基づいてオン／オフ制御されており、クロックパルス
を渦電流肉厚測定系Ｂの出力と互い違いとなるよう所定
のタイミイングで発振回路１３に出力するようにしであ
る。発振回路１３は指令信号に基づいて発受信器３に発
振信号を出力し、発受信器３から超音波を発せしめる。

超音波は水室２ａ内の水柱内を伝播して被検物たるクラ
ッド管Ｐのクラッド材２２表面の直径路１ｒｒｆａの領
域内に直角に入射する。

クラッド材Ｐ２に入射された超音波はタラッド管Ｐにお
けるクラッド材Ｐ２の表面及び母！ＡＰ。

の内面にて夫々一部が反射され、第２図（イ）に示す如
き夫々の反射波Ｓ、Ｂ、は再び水室２ａ内の水中を伝播
して発受信器３にて捉えられる。

発受信器３で捉えられた反射波は電気信号に変換されて
増幅器１４で増幅された後、比較器１５に入射され、予
め定めである基準値と比較され、クラッド材Ｐｔの外表
面及び母材Ｐ、の内表面からの反射波Ｓ、Ｂ、のみを抽
出しこれをタイミング発生回路１６に入力する。

タイミング発生回路１６は第２図（ロ）に示す如く反射
波Ｓ、Ｂ、間の両立上がり間の時間りに相当する長さの
ゲート信号としてＴ／Ａ　（タイミング・アナログ）変
換器１７に出力し、ここでアナログ信号に変換された後
、Ａ／Ｄ　（アナログ・ディジタル）変換器１８でディ
ジタル信号に変換され、中央制御装置（ＣＰＵ）３０へ
出力する。

（渦電流肉厚測定系Ｂ） ２１は発振器であって、その発振信号はゲート回路２２
に入力される。ゲート回路２２はフリップフロップ回路
３１から人力された信号に基づいてオン／オフ制御され
、超音波による肉厚測定信号とタイミングをずらして発
振器２１からの信号を増幅器２３゜ブリッジ回路２４を
経て第１．第２のコイル４．５に出力する。

コイル４に電流が通流されると被検物であるクラッド材
Ｐ２の表面と直交する向きの磁界が形成され、これによ
ってクラッド材Ｐ２の表面に渦電流が誘起され、またコ
イル５に電流が通流されると給水管２ｂ内の水の流動方
向と同じ向きの磁界が形成される。

リフトオフ量及びクラッド材Ｐ２の肉厚が変化すると第
１のコイル４のインピーダンスが変化し、また水温が変
化すると、第１及び第２のコイル４゜５の温度が変化し
てインピーダンスが変化する。

第１．第２のコイル４．５はブリッジ回路２４における
相隣する２辺に相互に直列状態となるよう接続せしめら
れ、測定ヘッド部１の直前に設けた図示しないフォトセ
ンサ等の検出器によってクラッド管Ｐの先端が検出され
、しかも第１のコイル４が空芯状態、即ち第１のコイル
４にクラッド管Ｐが対向しない状態のときに給水管２ｂ
に水を流し、ノズル２ｃから水を噴射しながらブリッジ
回路２４が平衡状態となるよう調整される。

従って、ブリッジ回路２４からは第１及び第２のコイル
４．５の水温によるインピーダンス変化が相殺された信
号、即ち超音波伝播媒質である水の温度変化に影響され
ない信号のみが出力される。

換言すれば、第１のコイル４にクラッド管Ｐを対向させ
、第１のコイル４のインピーダンスが変化したときのみ
、ブリッジ回路が非平衡状態となり、第１のコイル４と
クラッド管Ｐとの離間寸法及びクラッド材Ｐ２の厚さに
応じた非平衡信号が増幅器２５を経て同期検波回路２６
へ出力される。

同期検波回路２６は入力信号を位相解析してＸ軸方向及
びＹ軸方向の２つの信号に分けて位相回転器２７へ出力
し、位相回転器２７からは第３図に示す如く予め位相回
転器２７．増幅器２５を基準片を用いて調整することに
より、リフトオフ量の振幅をＹ軸方向信号ｖヶとして、
また予め発振２ｉ２１の周波数を調整してクラッド材Ｐ
ｔの肉厚変化によるインピーダンス変化をＸ軸方向信号
ｖＸとして表すように設定しである。

位相回転器２７のＸ、Ｙ軸方向の各信号はＡ／Ｄ変換器
２８にてディジタル信号に交換され、中央制御袋ｆｉ３
０へ出力される。中央制御装置３０は超音波肉厚測定系
Ａからの入力に基づいてクラッド管Ｐの全肉厚りを算出
し、また渦電流肉厚測定系Ｂからの入力に基づいてクラ
ッド管Ｐにおけるクラッド材Ｐｔの肉厚り、２を算出し
、全肉厚りからクラッド材Ｐ２の肉厚ＤＰ２を減算して
母材Ｐ１の肉厚ＤＰＩを算出し、これらをＤ／Ａ変換器
３２を通じてアナログ信号として図示しないチャートに
データ出ツノすることとなる。

中央制御装置３０による演算過程の概略を示すと次のと
おりである。

クラッド管Ｐの全肉厚りは第２図（ロ）に示す如く反射
波Ｓ、Ｂ、間の時間ｔと伝播媒質中の音速との積として
求められる。またクラッド管Ｐにおけるクラッド材Ｐ２
の肉厚ＤＦｔは第３図にしめされる信号■８に相応する
値ｄと、リフトオフ補正量Δｄとの和として下記（１）
式の如く表される。

ＤＰ！千ｄ＋Δｄ　　　　　　　　　・・・（１）いま
厚さｄと信号■８との換算式を下記（２）式の如く表す
とすると ｄ　＝ＡＶｘｚ＋　ＢＶｘ　＋　Ｃ・・・（２）但し八
、Ｂ、Ｃ・・・係数 補正量Δｄは厚さｄの値の範囲で夫々異なり、次の如く
に定められる。

第４図はリフトオフ量と、補正値との関係を異なるクラ
ッド厚さについて夫々示したグラフであり、横軸にリフ
トオフ量を、また縦軸に補正値を採って示しである。

このグラフから明らかなように、基準肉厚に対し、これ
よりも測定対象物の肉厚が小さくなると補正値は大きく
、逆に測定対象物の肉厚が大きくなると補正値は小さく
なる関係にあることが解る。

従って測定対象物の肉厚をｄ１〜ｄｉ、　ｄ＊〜ｄ１、
・・・ｄａ−１〜ｄ７の如（に分けて夫々の領域におい
て下式に示す如き補正値Δｄ１．Δｄｔ・・・Δｄ１を
求め、リフトオフ補正を行えばよいこととなる。

即ち ｄ１≦ｄ＜ｄｚでは　Δｄ＋＝Ａ＋！ｈ’＋Ｂ＋Ｖｖ＋
ｃ＋ｄ！≦ｄ＜ｄ、テは　Δｄｚ＝Ａｚｖ７ｚ＋ＢｇＶ
ｖ＋Ｃｔなお、本実施例では給水管２ｂの外周番こ第２
のコイル５を設け、肉厚測定用の第１のコイル４の水温
による温度変化に伴うインピーダンス変イヒをＧ１ｆｔ
正するようにしであるが、これに替えて７に？ＦＡを一
定範囲内に制御し、第２のコイル５を省略し、）。

リッジ回路２４の相隣する２辺のうち第２のコイル５に
相当する部分に第１のコイル４と同一のインピーダンス
を持つ素子を接続してもよ６ｓ。また、水温変化が無視
できる場合は、水温制御をも省略することができる。更
に、本実施例でＧまフＩＪ　、ンフ。

フロップ回路３１とゲート回路１２．２２と心こより超
音波肉厚測定系と渦電流肉厚測定系とを交互番こ切（桑
えて測定するようにしであるが、両測定系の演１定周波
数が大きく異なったり、渦電流肉厚惧１１定系で得られ
る信号が大きく、両測定系の相互干渉が発生しないとき
はこれらの回路を省略し、常時再測定系で測定するよう
にしてもよい。

［効果］ 以上の如く本発明装置にあっては同一被測定点における
クラッド材、母材夫々の肉Ｎ及び両者を加えた全肉厚を
同時に測定することができ、被測定物に対する測定ヘッ
ドのリフトオフ変動に影響されることなく正確に測定す
ることが出来る。また、水温補正用のコイルを設けると
共に超音波による肉厚測定と渦電流による肉厚測定とを
時分割制御して行なうようにすれば水温の変化による影
響及び再測定系相互の影響を排除出来、測定精度を大幅
に向上せしめ得るなど本発明は優れた効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の測定ヘッド部と共に示す測定系の
ブロック図、第２図は超音波測定系による全肉厚測定の
説明図、第３図はりフトオフ量とクラッド材肉厚の変化
による出力信号を位相解析した態様を示す説明図、第４
図はリフトオフ量と補正値との関係を示す説明図である
。 １・・・測定ヘッド　　２・・・ハウジング　　２ａ・
・・水室　　３・・・超音波発受信器　　４・・・第１
のコイル５・・・第２のコイル　　１５・・・比較器　
　２６・・・同期検波回路　　２７・・・位相回転器　
　３０・・・中央制御装置　　Ｐ・・・クラッド管　　
Ｐ、・・・母材Ｐ２・・・クラッド材　　Ａ・・・超音
波肉厚測定系Ｂ・・・渦電流肉厚測定系

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、クラッド材と母材とを加えた全肉厚を測定する超音
   波肉厚測定系と、クラッド材の肉厚を測定する渦電流肉
   厚測定系とを具備する肉厚測定装置において、 被測定点表面に向けて噴射される水流を通 じて被測定点との間でその伝播方向が被測定点表面と直
   交する向きの超音波を送受信するプローブと、水流に対
   し同心状に配設され、被測定点表面に対しこれと直交す
   る向きに磁界を形成するコイルとを具備することを特徴
   とする肉厚測定装置。